JP2023023060A

JP2023023060A - エンジン装置

Info

Publication number: JP2023023060A
Application number: JP2021128237A
Authority: JP
Inventors: 正直井戸側; Masanao Idogawa; 孝宏内田; Takahiro Uchida; 宏和安藤; Hirokazu Ando; 聖有清水; Seiyu Shimizu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-08-04
Filing date: 2021-08-04
Publication date: 2023-02-16

Abstract

【課題】エンジンの始動時における膨張行程での最終回噴射に対する点火をより良好に行なう。【解決手段】エンジンは、燃焼室に燃料を噴霧する筒内噴射弁と前記筒内噴射弁から噴霧される燃料に点火可能な点火プラグとを有する。燃料の膨張行程での最終回噴射を含む複数回噴射と膨張行程での点火とによりエンジンを始動するときには、初回噴射の前の第１所定タイミングで所定パラメータに基づいて複数回噴射の噴射時期を確定し、最終回噴射の噴射時期の前の第２所定タイミングで所定パラメータに基づいて得られる点火時期に対して第１所定タイミングのときの所定パラメータに基づいて得られる点火時期を用いたガード値でガードした時期を実行用点火時期とする。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジン装置に関し、詳しくは、燃焼室に燃料を噴霧する筒内噴射弁と筒内噴射弁から噴霧される燃料に点火可能な点火プラグとを有するエンジンを備えるエンジン装置に関する。

従来、この種のエンジン装置としては、燃料の最終回噴射が膨張行程で行なう際に、最終回噴射の噴射開始時期についてはエンジン回転速度とエンジンの目標トルクとに基づいて設定し、点火時期については最終回の噴射開始時期と噴射期間とに基づいて算出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、上述の燃料噴射と点火とにより成層燃焼を行なっている。

国際公開特２０１６／１９４１８４号

エンジンの始動時では、最終回噴射を膨張行程で行なう複数回の燃料噴射の各回の噴射時期は、通常は初回噴射の前の所定タイミングで行なわれる。例えば、初回噴射が圧縮上死点（ＴＤＣ：Top Dead Center）より２２０度前のＢＴＤＣ２２０（Before TDC ２２０度）のタイミングで行なわれるときには、クランク角３０度毎のタイミングのうち初回噴射の直前のＢＴＤＣ２４０のタイミングで各回の噴射時期が設定される。一方、点火時期は、最終回噴射より前のタイミング、例えばＢＴＤＣ３０のタイミングで設定される。噴射時期の設定や点火時期の設定では、エンジンの回転数や冷却水温などをパラメータとして行なわれる。エンジンの回転数や冷却水温などは、エンジンの始動時には著しく変化するため、噴射時期の設定時と点火時期の設定時とでは異なる値となり、最終回噴射の噴射時期と点火時期とが同期せず、良好な点火を行なうことができない場合が生じる。

本発明のエンジン装置は、エンジンの始動時における膨張行程での最終回噴射に対する点火をより良好に行なうことを主目的とする。

本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジン装置は、
燃焼室に燃料を噴霧する筒内噴射弁と前記筒内噴射弁から噴霧される燃料に点火可能な点火プラグとを有するエンジンと、
前記エンジンの排気を浄化する浄化触媒を有する浄化装置と、
前記筒内噴射弁による燃料噴射と前記点火プラグによる点火とを制御する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、燃料の膨張行程での最終回噴射を含む複数回噴射と膨張行程での点火とにより前記エンジンを始動するときには、初回噴射の前の第１所定タイミングで所定パラメータに基づいて複数回噴射の噴射時期を確定し、前記最終回噴射の噴射時期の前の第２所定タイミングで前記所定パラメータに基づいて得られる点火時期に対して前記第１所定タイミングのときの前記パラメータに基づいて得られる点火時期を用いたガード値でガードした時期を実行用点火時期とする、
ことを特徴とする。

本発明のエンジン装置では、燃料の膨張行程での最終回噴射を含む複数回噴射と膨張行程での点火とによりエンジンを始動するときには、初回噴射の前の第１所定タイミングで所定パラメータに基づいて複数回噴射の噴射時期を確定する。そして、最終回噴射の噴射時期の前の第２所定タイミングで所定パラメータに基づいて得られる点火時期に対して第１所定タイミングのときの所定パラメータに基づいて得られる点火時期を用いたガード値でガードした時期を実行用点火時期とする。点火時期を第１所定タイミングのときの所定パラメータに基づいて得られる点火時期を用いたガード値でガードすることにより、最終回噴射に対してより良好な時期に点火することができる。即ち、エンジンの始動時における膨張行程での最終回噴射に対する点火をより良好に行なうことができる。

ここで、ガード値は、進角側ガード値と遅角側ガード値とを有し、例えば第１所定タイミングのときの所定パラメータに基づいて得られる点火時期（噴射確定時パラメータによる点火時期）に対して進角側ガード値としてはクランク角で０度を用いることができ、遅角側ガード値としてはクランク角で２度を用いることができる。これは、最終回噴射に対する点火が、スプレイ状の噴射に点火する必要から、噴射開始時以降が好ましいことに基づく。

所定パラメータは、気筒毎の冷却水温度、燃料噴射回数、低回転判定用回転数の少なくとも１つを含むものとしてもよい。また、所定パラメータは、複数回噴射の噴射時期を確定する際に用いるものと実行用点火時期を設定する際に用いるものとが完全に同一であるものとしてもよいし、その一部について同一であるものとしてもよい。

本発明のエンジン装置では、前記制御装置は、前記最終回噴射の噴射時期確定タイミングと点火時期確定タイミングとの間で噴射モードに変更があったときには、点火時期については前回値を保持するものとしてもよい。最終回噴射の噴射時期確定タイミングと点火時期確定タイミングとの間で噴射モードに変更があったときに、最終回噴射の噴射時期は変更前の噴射モードで確定され、点火時期は変更後の噴射モードで確定されると、最終回噴射に対して点火を良好に行なうことができない場合が生じるが、点火時期については前回値（変更前の噴射モードで確定された時期）を保持することにより、最終回噴射に対して点火を良好なものとすることができる。

本発明の一実施例としてのエンジン装置１０の構成の概略を示す構成図である。ＥＣＵ７０により実行される燃料噴射時期確定処理の一例を示すフローチャートである。ＥＣＵ７０により実行される点火時期確定処理の一例を示すフローチャートである。エンジン１２の始動時における３回の燃料噴射タイミングと燃料噴射時期確定タイミングと点火時期確定タイミングとの一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのエンジン装置１０の構成の概略を示す構成図である。実施例のエンジン装置１０は、図示するように、エンジン１２と、エンジン１２を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７０とを備える。なお、このエンジン装置１０は、エンジン１２からの動力だけを用いて走行する自動車や、エンジン１２に加えてモータを備えるハイブリッド自動車、エンジン１２からの動力を用いて作動する建設設備などに搭載される。実施例では、エンジン装置１０が自動車に搭載されている場合を想定して説明する。

エンジン１２は、ガソリンや軽油などの燃料を用いて吸気・圧縮・膨張・排気の４行程によって動力を出力する４気筒の内燃機関として構成されている。このエンジン１２は、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁２６と、点火プラグ３０とを有する。筒内噴射弁２６は燃焼室２９の頂部の略中央に配置されており、燃料をスプレー状に噴射する。点火プラグ３０は、筒内噴射弁２６からスプレー状に噴霧される燃料に点火できるように筒内噴射弁２６の近傍に配置されている。エンジン１２は、エアクリーナ２２によって清浄された空気を吸気管２５を介して燃焼室２９に吸入し、吸気行程や圧縮行程において筒内噴射弁２６から１回又は複数回に亘って燃料を噴射し、点火プラグ３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギによって押し下げられるピストン３２の往復運動をクランクシャフト１６の回転運動に変換する。

エンジン１２の燃焼室２９から排気管３３に排出される排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化触媒（三元触媒）３４ａを有する浄化装置３４を介して外気に排出される。

ＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポートを備える。ＥＣＵ７０には、エンジン１２を制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ＥＣＵ７０に入力される信号としては、例えば、クランクシャフト１６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ４０からのクランク角θｃｒや、エンジン１２の冷却水の温度を気筒毎に検出する水温センサ４２からの冷却水温Ｔｗ、吸気バルブ２８を開閉するインテークカムシャフトの回転位置および排気バルブ３１を開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ４４からのカム角θｃｉ，θｃｏを挙げることができる。また、吸気管２５に設けられたスロットルバルブ２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ４６からのスロットル開度ＴＨや、吸気管２５に取り付けられたエアフローメータ４８からの吸入空気量Ｑａ、吸気管２５に取り付けられた温度センサ４９からの吸気温Ｔａ、吸気管２５内の圧力を検出する吸気圧センサ５８からの吸気圧Ｐｉｎも挙げることができる。更に、浄化装置３４の浄化触媒３４ａの温度を検出する温度センサ３４ｂからの触媒温度Ｔｃや、排気管３３に取り付けられた空燃比センサ３５ａからの空燃比ＡＦ、排気管３３に取り付けられた酸素センサ３５ｂからの酸素信号Ｏ２、シリンダブロックに取り付けられてノッキングの発生に伴って生じる振動を検出するノックセンサ５９からのノック信号Ｋｓも挙げることができる。

ＥＣＵ７０からは、エンジン１２を制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。ＥＣＵ７０から出力される信号としては、例えば、スロットルバルブ２４のポジションを調節するスロットルモータ３６への駆動制御信号や、筒内噴射弁２６への駆動制御信号、点火プラグ３０への駆動制御信号を挙げることもできる。

ＥＣＵ７０は、クランクポジションセンサ４０からのクランク角θｃｒに基づいて、クランクシャフト１６の回転数、即ち、エンジン１２の回転数Ｎｅを演算している。また、ＥＣＵ７０は、エアフローメータ４８からの吸入空気量Ｑａとエンジン１２の回転数Ｎｅとに基づいて、エンジン１２の負荷としての体積効率（エンジン１２の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の比）ＫＬも演算している。

こうして構成されるエンジン装置１０では、ＥＣＵ７０は、エンジン１２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とに基づいて運転されるようにエンジン１２の吸入空気量制御や、燃料噴射制御、点火制御を行なう。吸入空気量制御では、ＥＣＵ７０は、エンジン１２の目標トルクＴｅ＊に基づいて目標空気量Ｑａ＊を設定し、吸入空気量Ｑａが目標空気量Ｑａ＊となるように目標スロットル開度ＴＨ＊を設定し、スロットルバルブ２４のスロットル開度ＴＨが目標スロットル開度ＴＨ＊となるようにスロットルモータ３６を制御する。燃料噴射制御では、ＥＣＵ７０は、エンジン１２の回転数Ｎｅと体積効率ＫＬとに基づいて空燃比ＡＦが目標空燃比ＡＦ＊（例えば理論空燃比）となるように筒内噴射弁２６の目標燃料噴射量Ｑｆｄ＊を設定し、筒内噴射弁２６から目標燃料噴射量Ｑｆｄ＊の燃料が１回又は複数回に亘って噴射されるように筒内噴射弁２６を制御する。点火制御では、ＥＣＵ７０は、エンジン１２の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいて目標点火時期Ｔｐ＊を設定し、点火プラグ３０の点火を制御する。

次に、こうして構成された実施例のエンジン装置１０の動作、特に、膨張行程で最終回噴射と点火とを行なってエンジン１２を始動する際の動作について説明する。エンジン１２の始動時の燃料噴射は、最終回噴射が膨張行程で行なわれる複数回噴射により行なわれる。図２は燃料噴射時期確定処理の一例を示すフローチャートであり、図３は点火時期確定処理の一例を示すフローチャートである。図４は、エンジン１２の始動時における３回の燃料噴射タイミングと燃料噴射時期確定タイミングと点火時期確定タイミングとの一例を示す説明図である。図４中、ハッチングされた部分は１回目噴射、２回目噴射、３回目噴射（最後回噴射）を示し、最終回噴射に示された太矢印は点火を示す。また、図４では、ＢＴＤＣ３０（Before TDC ３０度）などについては簡易にＢ３０などと表示し、ＡＴＤＣ３０（After TDC ３０度）などについては簡易にＡ３０などと表示した。

図２の燃料噴射時期確定処理は、通常の初回噴射の噴射時期より前のクランク角３０度毎の第１所定タイミング、例えば図４に示すように圧縮上死点（ＴＤＣ：Top Dead Center）より２４０度前のＢＴＤＣ２４０（Before TDC ２４０度）のタイミング（燃料噴射時期確定タイミング）に実行される。燃料噴射時期確定処理では、まず、噴射時期を設定するためのパラメータを入力し（ステップＳ１００）、入力したパラメータを噴射時期確定時パラメータとして記憶する（ステップＳ１１０）。パラメータとしては、例えば、気筒毎の冷却水温Ｔｗ、燃料噴射回数、低回転判定用回転数などが含まれる。そして、入力したパラメータに基づいて各回の噴射時期を設定し（ステップＳ１２０）、本処理を終了する。

図３の点火時期確定処理は、最終回噴射（３回目噴射）の前のクランク角３０度毎の第２所定タイミング、例えば図４に示すように圧縮上死点ＴＤＣより３０度前のＢＴＤＣ３０のタイミング（点火時期確定タイミング）に実行される。点火時期確定処理では、まず、点火時期を設定するためのパラメータを入力し（ステップＳ２００）、入力したパラメータに基づいて仮点火時期Ｔｐｔｍｐを設定する（ステップＳ２１０）。パラメータは、噴射時期を設定するためのパラメータと同一であり、気筒毎の冷却水温Ｔｗ、燃料噴射回数、低回転判定用回転数などが含まれる。次に噴射時期確定時パラメータを入力し（ステップＳ２２０）、入力した噴射時期確定時パラメータに基づいて設定される点火時期に対して第１所定角だけ進角させた進角側ガード値αを設定すると共に第２所定角だけ遅角させた遅角側ガード値βを設定する（ステップＳ２３０）。第１所定角としては例えばクランク角として０度を用いることができ、第２所定角としては例えばクランク角として２度を用いることができる。これは、最終回噴射より前に点火しないようにすると共に最終回噴射より必要以上に遅く点火しないようにするためである。

こうして進角側ガード値αと遅角側ガード値βとを設定すると、仮点火時期Ｔｐｔｍｐを進角側ガード値αと遅角側ガード値βとでガードして実行用点火時期Ｔｐ＊（目標点火時期Ｔｐ＊）を設定する（ステップＳ２４０）。そして、燃料噴射時期確定タイミングから点火時期確定タイミングまでに噴射モードが変更されているか否かを判定する（ステップＳ２６０）。燃料噴射時期確定タイミングから点火時期確定タイミングまでに噴射モードが変更されていないと判定したときには、これで本処理を終了する。この場合、ステップＳ２４０で設定された実行用点火時期Ｔｐ＊で点火される。これにより、最終回噴射に対して点火をより良好に行なうことができる。一方、燃料噴射時期確定タイミングから点火時期確定タイミングまでに噴射モードが変更されていると判定したときには、前回この処理が実行されたときに設定された実行用点火時期Ｔｐ＊を今回の実行用点火時期Ｔｐ＊として設定し（ステップＳ２６０）、本処理を終了する。この場合、実行用点火時期Ｔｐ＊は前回値が保持されるのである。これにより、噴射モードが変更されても最終回噴射に対して点火を良好に行なうことができる。

以上説明した実施例のエンジン装置１０では、エンジン１２の始動時には、膨張行程での最終回噴射を含む複数回の噴射時期を確定するときに用いたパラメータを噴射時期確定時パラメータとして記憶しておき、噴射時期確定時パラメータに基づく点火時期に基づいて進角側ガード値αと遅角側ガード値βとを設定する。そして、点火時期確定タイミングのパラメータに基づいて得られる仮点火時期Ｔｐｔｍｐを進角側ガード値αと遅角側ガード値βとによりガードして実行用点火時期Ｔｐ＊を確定する。これにより、最終回噴射に対して点火をより良好に行なうことができる。この際、噴射時期確定時パラメータに基づく点火時期に対して第１所定角（クランク角として０度）だけ進角させた進角側ガード値αと第２所定角（クランク角として２度）だけ遅角させた遅角側ガード値βを用いることにより、最終回噴射より前に点火しないようにすることができると共に最終回噴射より必要以上に遅く点火しないようにすることができる。

実施例のエンジン装置１０では、燃料噴射時期確定タイミングから点火時期確定タイミングまでに噴射モードが変更されていると判定したときには、前回この処理が実行されたときに設定された実行用点火時期Ｔｐ＊を保持する。これにより、噴射モードが変更されても最終回噴射に対して点火を良好に行なうことができる。

実施例のエンジン装置１０は、例えば後段に自動変速機を備える自動車に搭載されるものとしたり、走行用の動力を出力するモータと共にハイブリッド自動車に搭載されるものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン１２が「エンジン」に相当し、浄化装置３４が「浄化装置」に相当し、ＥＣＵ７０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。

１０エンジン装置、１２エンジン、１６クランクシャフト、２２エアクリーナ、２４スロットルバルブ、２５吸気管、２６筒内噴射弁、３４ｂ温度センサ、２８吸気バルブ、２９燃焼室、３０点火プラグ、３１排気バルブ、３２ピストン、３３排気管、３４浄化装置、３４ａ浄化触媒、３５ａ空燃比センサ、３５ｂ酸素センサ、３６スロットルモータ、３８イグニッションコイル、４０クランクポジションセンサ、４２水温センサ、４４カムポジションセンサ、４６スロットルバルブポジションセンサ、４８エアフローメータ、４９温度センサ、５８吸気圧センサ、５９ノックセンサ、７０電子制御ユニット。

Claims

燃焼室に燃料を噴霧する筒内噴射弁と前記筒内噴射弁から噴霧される燃料に点火可能な点火プラグとを有するエンジンと、
前記エンジンの排気を浄化する浄化触媒を有する浄化装置と、
前記筒内噴射弁による燃料噴射と前記点火プラグによる点火とを制御する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、燃料の膨張行程での最終回噴射を含む複数回噴射と膨張行程での点火とにより前記エンジンを始動するときには、初回噴射の前の第１所定タイミングで所定パラメータに基づいて複数回噴射の噴射時期を確定し、前記最終回噴射の噴射時期の前の第２所定タイミングで前記所定パラメータに基づいて得られる点火時期に対して前記第１所定タイミングのときの前記所定パラメータに基づいて得られる点火時期を用いたガード値でガードした時期を実行用点火時期とする、
ことを特徴とするエンジン装置。